(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流体通路の途中に設けられた弁座と、この弁座との離間、当接により前記流体通路の開閉を制御する弁体と、前記弁座の下流に設けられ、複数の噴孔を有する噴孔体と、を備え、
複数の各前記噴孔から各噴流が噴射されて生じた各噴霧から下流において全体噴霧が形成される流体噴射弁であって、
各前記噴霧は、噴射方向に直角な面内の断面形状が長軸と短軸の長さとが異なる複数のスイッチング噴霧を含み、
各前記噴孔は、下流において前記長軸及び前記短軸の方向が変化して変形する前記スイッチング噴霧を生じさせるスイッチング噴孔を少なくとも二つ含み、
各前記スイッチング噴霧の少なくとも一つは、前記長軸及び前記短軸の方向が変化する、時間的タイミング、前記噴孔からの距離が他のスイッチング噴霧と異なり、
各前記スイッチング噴霧の前記長軸及び前記短軸の方向が変化した後に、これらのスイッチング噴霧と、これらのスイッチング噴霧と隣接した各前記噴霧とがコアンダ効果により集合して各集合噴霧が形成され、これらの集合噴霧が連鎖して前記全体噴霧が形成される流体噴射弁。
【請求項２】
前記スイッチング噴霧は、少なくとも前記短軸に対して前記長軸が線対称である請求項１に記載の流体噴射弁。
【請求項３】
前記スイッチング噴霧は、前記噴霧のうちスイッチング噴霧を除いた非スイッチング噴霧と対向している請求項１または２に記載の流体噴射弁。
【請求項４】
前記燃料噴射弁は、吸気ポートに、スロットル弁の吸気流の下流側であって、かつ先端部がスロットル弁に指向して取り付けられ、前記全体噴霧の貫徹力は、前記スロットル弁の手前で抑制され、スロットル弁への前記噴霧の付着が抑制される請求項１〜３の何れか１項に記載の流体噴射弁。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、吸気ポートに、先端部が吸気弁方向に指向して取り付けられるとともに、前記全体噴霧は、その進行方向に直角な面内で貫徹力の分布が形成されることで、指向方向が偏向し、前記吸気ポートの内壁面及び前記吸気弁への前記噴霧の付着が抑制される請求項１〜４の何れか1項に記載の流体噴射弁。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の流体噴射弁を含む噴霧生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の各噴孔から各噴流が噴射されて、下流において各噴霧となって、全体噴霧が形成される流体噴射弁、及びその流体噴射弁が用いられた噴霧生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの車両用エンジンにおいては、燃料噴霧の微粒化などによるエンジン冷機時の排出ガス低減や、燃焼性改善などによる燃費向上の研究開発が積極的に進められている。
【０００３】
例えば、各噴孔からの噴霧が干渉しないように配置の工夫を行い、微粒化を促進するとともに、噴射量分布の偏りを低減できるとした燃料噴射弁が知られている(特許文献１参照)。
【０００４】
また、各噴霧の干渉を回避して微粒化を図りつつ、かつ、各噴霧のコアンダ効果により互いに引き合いながら進むので噴霧の進行方向のバラツキを防止できるとした燃料噴射弁が知られている(特許文献２参照)。
【０００５】
また、各噴霧が下流で成す噴霧パターンを円環状やＣ字状として吸気弁の中心やステムに燃料噴霧が衝突付着しないようにした燃料噴射弁が知られている(特許文献３参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６９７６６号公報
【特許文献２】特開２０００−１０４６４７号公報
【特許文献３】特開平１１−７２０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のものでは、噴霧が干渉するのを避けたに過ぎず、従って複数の噴霧から形成される噴霧パターンや全体噴霧の形状は幾何学的に考えれば必然的に拡がり気味となってその設計自由度は小さいものとなり、適用できる吸気ポート形状や吸気弁配置などに制約が生じる。
また、微粒化して混合気形成を促進させたり、噴霧貫徹力を小さくして吸気ポート内での噴霧付着を抑制したりするためには、各噴霧を拡げて微粒化させる必要があり、更に全体噴霧は拡がってしまう。
また、噴孔を内側にも配置して噴射量分布の偏りを低減したとあるが、内側に噴孔が配置されていない場合に比べて相対的にそのように言えるだけであり、各々の噴孔からの独立した液柱噴流が干渉を避けながら微粒化して、偏りが低減した噴射量分布になる方策についての説明がないので、適用できる吸気ポート形状や吸気弁配置などが不明である。
つまり、噴孔を内側にも配置して各噴霧を近接させ、噴射量分布の偏りを低減しようとすると、各噴霧間には自動的にコアンダ効果が作用して各噴霧の集合化が始まり、下流での噴射方向の横断面の噴射量分布は略中心がピークの円錐状となる一つの集合噴霧となってしまい、この全体噴霧としての噴霧角は比較的小さなものになることは、市場で使用されている燃料噴射弁の特性や公知文献から明らかである。
逆に、コアンダ効果による各噴霧の集合化を抑制するためには、隣り合う噴霧間に一定の距離(噴霧条件や雰囲気条件によって変化する)を確保することが必要となり、前述したように拡がった全体噴霧しか実現できなくなる。
【０００８】
上記特許文献２のものでは、各噴霧の干渉を回避して微粒化を図りつつ、かつ、各噴霧のコアンダ効果により互いに引き合いながら進むので噴霧の進行方向のバラツキを防止できるとしている。
しかし、各噴霧が広がり過ぎないようにコアンダ効果を作用させ、かつ一方では各噴霧が集まらないようにコアンダ効果を抑制するというような噴霧方向のバランス維持は、静的な雰囲気条件下でも難しく、ましてや吸気ポート内では周囲空気圧力・温度、吸気流動、噴霧体積(重量)流量、噴霧速度などの影響も受けるため、過渡運転時の非定常状態の多いガソリンエンジン用の噴射系システムで実現するのは非常に難しい。
つまり、コアンダ効果の作用が強くなれば、各噴霧は集合してコンパクトになり、噴射方向の横断面の噴射量分布は略中心がピークの円錐状となるのが通常であり、逆にコアンダ効果の抑制が働けば、各噴霧は下流になるに連れて離れてしまい、全体として非常に広角な噴霧流となってしまうのが通常である。
その結果、全体噴霧の噴霧形状や噴霧パターン、噴射量分布は、各噴孔の主たる軸の方向あるいは各噴流の主たる噴射方向の設定に応じて成り行きとなっていた。
【０００９】
上記特許文献３のものでは、各噴孔(各噴霧)の方向を設定して、吸気弁の位置における噴霧パターンを吸気弁形状に応じた円環状あるいはＣ字状としているだけであって、幾何学的な検討に過ぎない。
実際には、隣り合う各噴霧同士のコアンダ効果や、全体噴霧が中空状となることによる内外圧力差に伴うすぼみ効果の影響を考慮しないと、円環状やＣ字状の噴霧パターンを実現維持することはできない。
つまり、各噴霧が集合して一つの中実噴霧になってしまったり、逆に、噴霧集合を回避するために大きな拡がりの全体噴霧になってしまったりするわけである。また、微粒化を実現するために各噴霧が干渉しないようにしたとあるが、上記噴霧パターンを同時に実現する手段が明確でない。
【００１０】
以上、上記引用文献１，２,３のものでは、噴霧の微粒化向上と、噴霧形状、噴霧パターン、噴霧の貫徹力や噴射量分布の設計自由度向上を両立させる方策が示されておらず、従ってエンジン仕様毎に吸気ポート形状や吸気流動が異なるという実情の中で、より最適な噴霧仕様を決めるための指針とはなっていないという問題点があった。
また、吸気ポート内の空気流を吸気制御弁などのメカニカルな手段によって変更して、その空気流によって噴霧の方向を１回だけ変更して、吸気ポート内壁面への噴霧付着を抑制するアイデアもあるが、全体として曲率をもった吸気ポートや３次元的に曲がった吸気ポートなどでは噴霧の方向を複数回変更する必要があるので、これに適用することは不可能であった。
【００１１】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、流体噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、噴射量分布、噴霧方向の設計自由度向上とを両立させた、流体噴射弁、及びその流体噴射弁が用いられた噴霧生成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る流体噴射弁は、流体が流れる流体通路の途中に設けられた弁座と、この弁座との離間、当接により前記流体通路の開閉を制御する弁体と、前記弁座の下流に設けられ、複数の噴孔を有する噴孔体と、を備え、
複数の各前記噴孔から各噴流が噴射されて生じた各噴霧から下流において全体噴霧が形成される流体噴射弁であって、
各前記噴霧は、噴射方向に直角な面内の断面形状が長軸と短軸の長さとが異なる複数のスイッチング噴霧を含み、
各前記噴孔は、下流において前記長軸及び前記短軸の方向が変化して変形する前記スイッチング噴霧を生じさせるスイッチング噴孔を少なくとも二つ含み、
各前記スイッチング噴霧の少なくとも一つは、前記長軸及び前記短軸の方向が変化する、時間的タイミング、前記噴孔からの距離が他のスイッチング噴霧と異なり、
各前記スイッチング噴霧の前記長軸及び前記短軸の方向が変化した後に、これらのスイッチング噴霧と、これらのスイッチング噴霧と隣接した各前記噴霧とがコアンダ効果により集合して各集合噴霧が形成され、これらの集合噴霧が連鎖して前記全体噴霧が形成される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る流体噴射弁によれば、各噴孔は、下流において長軸及び短軸の方向がアクシス−スイッチング現象により変化して変形するスイッチング噴霧を生じさせるスイッチング噴孔を少なくとも二つ含み、各前記スイッチング噴霧の少なくとも一つは、前記アクシス−スイッチング現象が生じる、時間的タイミング、前記噴孔からの距離が他のスイッチング噴霧と異なり、各前記スイッチング噴霧の前記アクシス−スイッチング現象の後に、これらのスイッチング噴霧と、これらのスイッチング噴霧と隣接した各前記噴霧とがコアンダ効果により集合して各集合噴霧が形成され、これらの集合噴霧が連鎖して全体噴霧が形成される。
従って、流体噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、噴射量分布、噴霧方向の設計自由度向上とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の先端部を示す拡大図である。
【図３】図２の噴孔プレートを示す平面図である。
【図４】図１の弁装置の先端部を示す拡大図である。
【図５】図４の弁装置の要部を示す拡大図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、非スイッチング噴霧同士がコアンダ効果により集合噴霧が形成されるまでの挙動を示す説明図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図１の燃料噴射弁の非スイッチング噴孔及びスイッチング噴孔からそれぞれ噴射される非スイッチング噴霧及びスイッチング噴霧がコアンダ効果による集合噴霧が形成されるまでの挙動を示す説明図である。
【図８】図１の燃料噴射弁で形成される一対の全体噴霧のうち一方を示す図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、全体噴霧に至るまでの各集合噴霧を時系列的に示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２の燃料噴射弁の使用態様の一例を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態２の燃料噴射弁の使用態様の他の例を示す構成図である。
【図１２】図１１の燃料噴射弁を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は燃料噴射弁１を示す断面図、図２は図１の燃料噴射弁１の先端部を示す拡大図である。
この燃料噴射弁１は、内燃機関の吸気管に取り付けられ、先端部が内燃機関の吸気ポート内に臨んでおり、下方に向けて燃料を噴射するようになっている。
燃料噴射弁１は、電磁力を発生するソレノイド装置２と、このソレノイド装置２への通電により作動する弁装置７とを備えている。
【００１６】
ソレノイド装置２は、磁気回路のヨーク部分をなすハウジング３と、このハウジング３の内側に設けられた固定鉄心であるコア４と、このコア４を囲ったコイル５と、このコイル５の内側に設けられ往復移動する可動鉄心であるアマチュア６とを備えている。
弁装置７は、円筒形状であってコア４の先端部の外径部に圧入、溶接された弁本体９と、この弁本体９の内部に設けられた弁座１０と、弁座１０の下流側に設けられた噴孔プレート１１と、弁座１０の内部で噴孔プレート１１の上流に設けられたカバープレート１８と、弁本体９の内側に設けられた弁体８と、弁体８の上流に設けられた圧縮バネ１４とを備えている。
【００１７】
弁体８は、アマチュア６の内面に圧入、溶接された中空のロッド８ａと、このロッド８ａの先端部に溶接で固定されたボール１３とを有している。
ボール１３は、燃料噴射弁１のＺ軸に平行な面取り部１３ａと、カバープレート１８と対向した平面形状の平面部１３ｂと、弁座１０と線接触する曲面部１３ｃとを有している。
噴孔プレート１１は、周縁部が下側に折曲されており、弁座１０の先端面及び弁本体９の内周側面に溶接されている。噴孔プレート１１には板厚方向に貫通する断面が円形状の複数の噴孔１２が形成されている。
【００１８】
図３は図２のＪ矢視による噴孔プレート１１の平面図である。
噴孔プレート１１には、複数の噴孔１２が周方向に沿って等間隔で円形状に配設されている。
各噴孔１２は、燃料噴射弁１の中心軸線がエンジンの吸気弁に指向し、かつ図３の左右で互いに交差する２方向に向かう噴孔群に分れており、所謂２スプレーの噴霧形態が形成される。
各噴孔１２は、真円の非スイッチング噴孔１２Ａと、長円形状のスイッチング噴孔１２Ｂとの２種類で構成されている。
スイッチング噴孔１２Ｂは、長円の長軸が、非スイッチング噴孔１２Ａの中心を結ぶピッチ円に対して直交する方向にあり、非スイッチング噴孔１２Ａ及びスイッチング噴孔１２Ｂは、スイッチング噴孔１２Ｂからの噴霧と、非スイッチング噴孔１２Ａからの噴霧とが、後述するアクシス−スイッチング現象が生じる前にはコアンダ効果により集合しない範囲の距離にそれぞれ設定されている。
【００１９】
次に、上記燃料噴射弁１の動作について説明する。
内燃機関の制御装置(図示せず)より燃料噴射弁１の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル５に電流が通電され、アマチュア６は、コア４側へ吸引される。
この結果、アマチュア６と一体構造であるロッド８ａ及びボール１３は、圧縮バネ１４の弾性力に逆らって上方向に移動し、ボール１３の曲面部１３ｃが弁座面１０ａから離間し両者に間隙が形成されて燃料流路が形成され、吸気ポートに指向した燃料噴射が開始する。
【００２０】
一方、内燃機関の制御装置より燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル５への通電が停止し、アマチュア６がコア４側に吸引される力は消失し、ロッド８ａは、圧縮バネ１４の弾性力によって弁座１０側に押され、曲面部１３ｃと弁座面１０ａとは閉じ状態となり、燃料噴射は、この時点で終了する。
【００２１】
ここで、例えば縮流によって噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂ内の流れを液膜流とする噴孔プレート１１とカバープレート１８、及び弁座１０、ボール１３の詳細な位置、構造につき、図２、図４及び図５の各詳細断面図を用いて説明する。
【００２２】
燃料は、弁体８の開弁時においてボール１３の面取り部１３ａと弁座１０の内面との間のＺ軸に平行な通路から、曲面部１３ｃと弁座面１０ａとの間を下流へ向かい、シート部Ｒ１に至る。
シート部Ｒ１の上流では燃料がＺ軸に平行に流れるため、燃料は、シート部Ｒ１を通過した後においては慣性により弁座面１０ａに沿う流れが主流となり、弁座面１０ａの下流端の点Ｐ１に達する。点Ｐ１は弁座面１０ａの終端であり、弁座１０は、点Ｐ１から下流側は垂直方向に延びた面を有している。
従って、燃料の主流は、点Ｐ１から剥離する。弁座面１０ａの延長線は、カバープレート１８の周側面と点Ｐ２で交わっており、点Ｐ１から剥離した燃料は、点Ｐ２に向かい環状通路Ｃ(弁座１０の内周壁面とカバープレート１８の大径部の周側面との間)を通過して、径方向に大幅な進路変更を伴わずに径方向通路Ｂ(弁座１０の内周壁面とカバープレート１８の小径部の周側面との間)に流入する。
【００２３】
上記によりシート部Ｒ１を通過する燃料の主流は、環状通路Ｃに流入するため、隙間通路Ａ(ボール１３の底面とカバープレート１８の天面との間)への流入は抑制される。
シート部Ｒ１と噴孔１２の入口の点Ｒ２とを直線で結んだ線は、カバープレート１８の大径部である薄肉部１８ｂで交叉しており、薄肉部１８ｂは、シート部Ｒ１から噴孔１２の入口への燃料の直線的な流入を遮っている。
【００２４】
このため、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂに流入する燃料の少なくとも一部は、径方向通路Ｂに沿う流れとなる。カバープレート１８は、この終端面１８ｄが噴孔１２よりも内径側で噴孔１２に近接して配置されている。従って、径方向通路Ｂに沿って内径側に向かう燃料の正面流れイ(図５参照)は、燃料噴射弁１のＺ軸から噴孔１２に流入する戻り流れロ（図５参照）の流路を閉塞させ、戻り流れロの速度を低下させる。
戻り流れロが抑制されることで、シート部Ｒ１側から噴孔１２に流入する正面流れイの速度が相対的に強められる。
正面流れイの少なくとも一部が径方向通路Ｂに沿って進行した後に非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂ内で大幅な方向変化を強制されること、及び正面流れイが高速であることにより、燃料は、噴孔１２の断面において、燃料噴射弁１のＺ軸側の非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの壁面に強く押し付けられる。
なお、図４において、Ｌは非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの長さ、Ｄは非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの径を示している。
【００２５】
この後、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの入口では、低速な戻り流れロは、噴孔１２の壁面に沿って流れαを形成し、高速な正面流れイは、燃料を壁面に押し付ける燃料流βを形成する。
空気は、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの出口から非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの入口付近に導入され、燃料流βに作用して、点Ｑ(噴孔１２の燃料入口の外側の縁部)を起点とした燃料流βの剥離を生じさせる。
燃料流βは、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂ内を進行するに伴い、壁面に押し付けられ、液膜の方向は、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの壁面の円周方向に広がりつつ非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの壁面に沿う方向に変化していく。
隙間通路Ａの高さｈに対して非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂの長さＬが適切であると、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂ内で薄い液膜流１ａの状態まで押し付けられる。
そして、噴射された燃料の液膜流１ａは、所定の距離を経て分裂を開始し、液糸の状態を経るなどして微粒化された液滴が生成される。
【００２６】
なお、微粒化のプロセスにおいて、液滴を小さくするためにはその分裂の前段階である液糸を細くするのが有効である。そのためには、液糸の分裂の前段階である液膜を薄くしたり液柱を細くしたりするのが有効であり、液膜のほうがより液柱よりも有利であることが従来の知見で分かっている。
そこで、この他に、噴孔に流入する前の燃料流に旋回流を与えて噴孔内に液膜流を形成するなどいろいろな液膜流形成手法が提案されている。
【００２７】
ところで、本願発明者は、これらの液膜流形成手法や微粒化プロセスと、それらをベースとして複数噴霧が集合した集合噴霧の噴霧形状、貫徹力、噴射量分布の出来映えの関係を調査検討した結果、単噴霧が集合した集合噴霧において、次の二つの形態に分けられることを見出した。
即ち、各単噴霧が識別可能であり、かつ各単噴霧の特徴がほぼ識別不可能な集合噴霧(つまり、比較的均質に近い中実構造の集合噴霧)となるか、あるいは各単噴霧の識別さえも不可能となる集合噴霧(噴射量分布が中心ピークの円錐形状となるものを代表例とする集合噴霧)となるか、に分けられることを見出した。
後者は、複数の単噴霧が集合してほぼ元の形態とは異なる新しい一つの集合噴霧に置き換わっており、非常に特徴的で安定した現象である。前者は、各単噴霧を識別可能と言いつつも、集合噴霧と共通的な特徴を示す噴霧となっており、つまり中途半端なコントロールし難い噴霧であると言える。
これらのどちらの形態になるかは、噴霧挙動がある閾値のどちらにあるかによるところが大きく、単噴霧の集合化が進んだ集合噴霧になるほど噴射量分布は軸対称に近づき、また鋭角な円錐形状となる。つまり、全体噴霧としての貫徹力が増大する。
従って、前者であっても、噴霧方向に直角な面内の噴霧形状、噴射量分布がおおよそ軸対称のようになり、その断面形状を所謂異形とすることは難しかった。
このため、ほとんどの通路断面が所謂異形形状である吸気ポートや吸気弁近辺への付着を抑制する噴霧ターゲティング(噴射位置、噴射方向、噴霧仕様)の設定は不十分なものであった。
【００２８】
前述したようないろいろな微粒化手法が燃料噴射弁に適用されつつあるが、もともと微粒化のために小噴孔径にして多噴孔化する技術の流れにあり、隣り合う噴孔からの噴流が干渉して微粒化状態が悪化しないような配慮がなされている。
つまり、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が下流になるほど離れていくように、噴孔配置と噴孔諸元(径、傾き、長さ等)、あるいは噴流配置と噴流方向はなされており、微粒化とコンパクトな噴霧という要件を両立させることは難しかった。
また、吸気弁近辺への噴霧衝突軽減や、空気との混合促進などを目的として、噴霧の貫徹力を所定距離のところで急速に減衰させる案も考えられるが、噴霧形態を大きく変えずに実現する手段がなかった。
【００２９】
ポート噴射システムにおいては、吸気ポートへの燃料付着は、なんら良い影響、効果はなく、これを抑制することが最大の課題である。
従って、噴霧が吸気弁や吸気弁近傍の吸気ポートに付着する率を低減するために微粒化を向上させても、噴霧全体が広がった結果、噴霧側面が別の吸気ポート部分に付着するためにポート噴射システムとしてのメリットはなかなか見出せなかった。
つまり、各液膜流の方向を広角に設定して微粒化を促進させても、あるいは、微粒化噴霧外周に大きな巻き上がりを生じさせて噴霧形態を大きく変えて貫徹力を抑制しても、結果的には広角噴霧となって吸気弁や吸気ポートとの干渉を引き起こして燃料が付着することになる。
【００３０】
一方、噴霧全体の広がりを抑制しているものでは、噴孔中心軸線あるいは噴流方向が、噴孔直下で互いに交差するような噴孔配置と噴孔諸元、あるいは噴流配置と噴流方向にするものが知られているものの、液膜流れのブレーク長さ(噴孔出口から液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる状態の位置までの長さ)との関係など微粒化の要件を考慮したものは知られていない。
【００３１】
また、噴霧全体の広がりを抑制しようとした場合には、垂直線(図１  Ｚ軸)に対する噴孔中心軸線の角度は相対的に小さくなり、薄い液膜流形成には不利であり、従って微粒化プロセスが遅くなって噴流同士の干渉になり易くなり、微粒化レベルを期待値通りに実現できなかった。
さらに、この場合、複数噴霧の集合が進んで、所謂「学術文献５」(日本機械学会論文集(第２部) ２５巻１５６号pp８２０−８２６「ディーゼル機関燃料噴霧の到達距離に関する研究」(和栗ら))に記載の噴霧形態に近い噴霧形態となることによって、単噴霧の場合の貫徹力よりも集合噴霧の貫徹力のほうが大きくなっていた。
【００３２】
ここで、本願発明者は、噴孔が一つの単噴霧の挙動と、複数噴孔からの複数の単噴霧の挙動の差に注目し、これらの噴霧挙動と、流体工学における知見であるアクシス−スイッチング(axis−switching)現象を巧妙に組み合わせることで全体噴霧の形状、貫徹力、噴射量分布、噴霧方向をコントロールする手法を見出した。
【００３３】
ここで、アクシス−スイッチング現象に関しては、下記の学術文献にその知見が示されている。
[学術文献１]日本機械学会論文集(B編)５５巻５１４号 pp１５４２−１５４５,「非円形噴流中の渦構造に関する研究」(豊田他)
[学術文献２]ILASS−Europe ２０１０,”An experimental investigation of discharge coefficient and cavitation length in the elliptical nozzles”(Sung Ryoul Kim )
[学術文献３]生産研究 ５０巻１号 pp６９−７２,”Numerical Simulation of Complex Turbulent Jets:Origin of Axis−Switching”(Ayodeji O.DEMUREN)
[学術文献４]噴流工学 森北出版 pp４１−４２      
【００３４】
このアクシス−スイッチング現象は、噴流の研究分野においては、噴霧の断面形状が長円形状である、この実施の形態の例にとどまらず、少なくとも長円の短軸に対して長軸がほぼ線対称である形状のものであればよく、また液体に限らず気体でも成立する。
長短軸比が大きい断面が長円状の噴霧の場合、長軸方向が分断しない範囲で、長短軸方向が変化して変形するように噴孔諸元を設定すればよい。
そのために、この実施の形態では、噴霧の長短軸方向を変化させる角度を略９０度となるようにした。
【００３５】
図１に示された燃料噴射弁１は、本願発明者が全体噴霧の形状、貫徹力、噴射量分布、噴霧方向をコントロールする手法を見出し、実現したものであり、図６は燃料噴射弁１の非スイッチング噴霧３０Ａ，３１Ａの挙動を示す説明図、図７は燃料噴射弁１の非スイッチング噴霧３０Ａ、及びスイッチング噴霧３２Ａの挙動の基本パターンを示す説明図である。
この燃料噴射弁１では、非スイッチング噴霧３０Ａと、スイッチング噴霧３２Ａとのコアンダ効果により、集合噴霧５０が形成される。
非スイッチング噴霧３０Ａは、非スイッチング噴孔１２Ａから噴射された噴流３０が下流で生成されたものであり、スイッチング噴霧３２Ａは、スイッチング噴孔１２Ｂから噴射された長円状の噴流３２が下流において長軸と短軸との方向がアクシス−スイッチング現象により変化するものである。
【００３６】
図６（ａ）は、仮に非スイッチング噴孔１２Ａ同士が隣接した場合の各噴流３０，３１、各非スイッチング噴霧３０Ａ，３１Ａの挙動を示している。
非スイッチング噴孔１２Ａからの噴流３０に、液膜流の破断や分裂を経て実質的に噴霧流と見なせるようになる状態のブレークが生じたときの噴流断面形状は、断面Ｅ−Ｅに示す形状である。
このときの非スイッチング噴孔１２Ａと断面Ｅ−Ｅとの間の距離ａをブレーク長さとする。この距離ａの位置では、既に両噴流３０，３１の隙間ｃ１はコアンダ効果が生じる閾値よりも小さくなっている。
引き続き、噴流３０，３１は、ばらけて単一の非スイッチング噴霧３０Ａ，３１Ａとなり、非スイッチング噴孔１２Ａから距離ｂの位置で二つの非スイッチング噴霧３０Ａ，３１Ａは、その外径が接し始める（断面Ｆ−Ｆ）。
同時に、断面Ｆ−Ｆから、圧力分布に起因して二つの単一の非スイッチング噴霧３０Ａ,３１Ａ間に働くコアンダ効果によって単一の非スイッチング噴霧３０Ａ,３１Ａは接近して断面Ｇ−Ｇのように集合化が進む。それと同時に、非スイッチング噴霧３０Ａ,３１Ａの周囲空気の巻き込みと、それによる非スイッチング噴霧３０Ａ,３１Ａ内の略中心部分の下流への流れ方向に沿った空気流の誘起を生じさせる。
つまり、仮に噴流３０と噴流３１、あるいは非スイッチング噴霧３０Ａと非スイッチング噴霧３１Ａとが各々アクシス−スイッチング現象を生じる素性を保有しているとしても、アクシス−スイッチング現象が生じる前に、断面Ｅ−Ｅの位置において噴流３０と噴流３１、あるいは非スイッチング噴霧３０Ａと非スイッチング噴霧３１Ａとの間にコアンダ効果が作用して接近し始めるようにしてある。
【００３７】
なお、周囲空気の巻き込みレベルは、単一の非スイッチング噴霧３０Ａ,３１Ａを集合した集合噴霧４０の全体の形状を大きく変化させるレベルではなく、「学術文献６」（日本機学会論文集(Ｂ編)６２巻５９９号pp２８６７−２８７３「ディーゼル噴霧構造に与える雰囲気粘性の影響」(段ら)）に記載のＦｉｇ．１２（ａ）レベルあるいは微小噴霧粒子のみが(ｂ)レベルである。
条件が整えば、図６(a)の断面Ｇ−Ｇの集合噴霧４０の状態から、さらに二つの単一の非スイッチング噴霧３０Ａ，３１Ａの集合化が進み、断面Ｈ−Ｈのように実質的にほぼ一つの中実の集合噴霧４０とみなせるようになる。
【００３８】
図６(ｂ)において、周囲空気の巻き込み状況を多くの渦状の矢印ヘで、分かり易いように誇張して示してある。
従って、ここでは渦状の矢印ヘの大きさや個数は、その実態を表すものではない。
また、噴霧内所定部分の下流への流れ方向に沿った空気流Ｖを誘起している。
その結果、Ｆ１−Ｆ１、Ｇ１ａ−Ｇ１ａ、Ｇ１ｂ−Ｇ１ｂ、Ｈ１−Ｈ１における噴射量分布は図６（ｂ）の右側の図のように次第に略中心ピークに近づいていくことになる。
一方、図７は、図３において非スイッチング噴孔１２Ａとスイッチング噴孔１２Ｂとが隣り合わせている場合の各噴流、各噴霧の挙動を示している（図３の矢視ハから視た場合）。
【００３９】
この実施の形態では、仮に非スイッチング噴孔１２Ａからの噴流３０，３１とスイッチング噴孔１２Ｂからの噴流３２にブレークが生じる位置をほぼ同じとしてブレーク長さを距離ａとすると、これらの断面形状は、図７（ｂ）の断面Ｅ−Ｅに示す形状となる。
この噴流３２は、ばらけてスイッチング噴霧３２Ａとなり、図７（ｂ）から分かるように、この断面形状が長円状のスイッチング噴霧３２Ａは、その長軸方向と非スイッチング噴霧３０Ａとがほぼ対向して配置されている。
このスイッチング噴霧３２Ａは、非スイッチング噴霧３０Ａと対向しつつ、その断面形状が若干拡大（長軸及び短軸の両方向）していきながらも、ほぼスイッチング噴孔１２Ｂの直下での初期の流れ方向を維持してそのまま下流に流れる。
そして、スイッチング噴孔１２Ｂから所定の長さの位置で、スイッチング噴霧３２Ａの長短軸方向が変化する変形が生じ始める(断面Ｊ−Ｊ)。なお、この位置では、スイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａとの隙間ｃ２はコアンダ効果が生じる閾値よりも大きく、コアンダ効果は生じていない。
【００４０】
断面Ｊ−Ｊから断面Ｋ−Ｋへと下流になるにつれて、スイッチング噴霧３２Ａの長短軸方向が変化する変形が進んで、スイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａが近接化してくる。
これは、スイッチング噴霧３２Ａの長短軸方向が切り替わることによってスイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａの隙間が小さくなっていくこと、それに伴ってスイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａとの間にコアンダ効果が生じることによる。
この時の両噴霧３２Ａ，３０Ａの隙間ｃ３はコアンダ効果が生じるための閾値よりも小さくなっている。
なお、コアンダ効果が生じる、スイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａとの隙間の閾値は、各噴霧の流速、微粒化レベル、粒子数密度、雰囲気圧力などによって変化する。
そして、断面Ｌ−Ｌではスイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａとの向かい合う端部が変形(移動)して干渉し始める。
その結果、断面Ｍ−Ｍのように、燃料噴射後の所定時期で、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂからの所定距離の位置において、スイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａとが集合した集合噴霧５０が形成される。
この集合噴霧５０は、スイッチング噴霧３２Ａ及び非スイッチング噴霧３０Ａの各特性を変更することで、その形状や貫徹力、噴射量分布等を変更することができ、それらの自由度が向上する。
【００４１】
また、スイッチング噴霧３２Ａは、その長短軸方向が変化して変形することによって周囲空気との運動量交換が大きく進み、貫徹力が小さくなるので、非スイッチング噴霧３０Ａと干渉することで、非スイッチング噴霧３０Ａの各粒子や各粒子に引きずられている空気流の動きに抑制がかかり、非スイッチング噴霧３０Ａの貫徹力も抑制される。
従って、非スイッチング噴霧３０Ａが単独の場合には、図７（ａ）の想像線ニに示すように、その先端は延びるのに対して、スイッチング噴霧３２Ａとの干渉によって非スイッチング噴霧３０Ａの先端は短縮される。つまり、非スイッチング噴霧３０Ａの貫徹力も抑制できることになる。
【００４２】
さらに、スイッチング噴霧３２Ａは、貫徹力が小さくなって周囲空気との混合が大幅に進むことによって微粒化も向上し、非スイッチング噴霧３０Ａの微粒化レベルとの差が小さくなる。
つまり、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂからある程度下流の所定位置において、微粒化されて、断面が非円形形状（非対称形状）の集合噴霧５０を形成することができる。
【００４３】
図７において、スイッチング噴孔１２Ｂを利用しなかった場合、隣り合う噴霧の近接化はもっと下流にならないと始まらず、場合によっては集合化には至らない。従って、各噴霧は拡がり続けるとともに、貫徹力は低下しない。その結果、噴霧が保有する運動量はなかなか空気流に移動せず、微粒化も不十分となる。
【００４４】
図７において、非スイッチング噴孔１２Ａの代わりにスイッチング噴孔１２Ｂを用い、隣り合う噴霧が両方ともスイッチング噴霧３２Ａとした場合は、その長軸方向を例えば略平行に対向するように設定すれば、アクシス−スイッチング現象によって長軸同士が長手方向に繋がることを利用して図７（ａ），（ｂ）と同様の挙動を作り出すことができる。
なお、図７（ａ），（ｂ）では、一つの非スイッチング噴霧３０Ａと一つのスイッチング噴霧３２Ａとの組み合わせで集合噴霧５０が形成されたが、この組み合わせに限定されるものではない。例えば、二つの非スイッチング噴霧３０Ａと一つのスイッチング噴霧３２Ａとの組み合わにより集合噴霧が形成されてもよいし、隣接した二つの非スイッチング噴霧３０Ａ同士で集合噴霧が形成されてもよい。
【００４５】
ここで、スイッチング噴霧３２Ａは、その長短軸方向が変化して変形する前に、非スイッチング噴霧３０Ａとの間でのコアンダ効果が作用することを次の方法を採用することで確実に抑制することができる。
即ち、非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂから主たる流れ方向に同じ距離の位置において、スイッチング噴霧３２Ａの平均粒径を非スイッチング噴霧３０Ａの平均粒径よりも大きくする方法、あるいはスイッチング噴霧３２Ａのブレーク長さを非スイッチング噴霧３０Ａのブレーク長さよりも長くする方法、さらにはスイッチング噴霧３２Ａの貫徹力を非スイッチング噴霧３０Ａの貫徹力よりも大きく設定する方法を採用すればよい。
これは、スイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａとの特性に差を設けて、コアンダ効果が生じるタイミングを遅らせることを意味している。
【００４６】
これらの方法を実現するにあたって、例えば非スイッチング噴孔１２Ａとスイッチング噴孔１２Ｂとの噴孔形状の違いによって、縮流のレベルや方向を異ならせること等を利用すればよい。
つまり、例えば縮流のレベルや方向を異ならせた場合、噴孔１２内での圧力損失（噴流速度）、噴流３０，３２の断面積、噴流３０，３２の断面形状、噴流の配置／方向などを異ならせることが可能となり、上記のコアンダ効果が生じる噴霧３２Ａ，３０Ａ間の隙間の閾値を変更することが可能となるからである。
【００４７】
図８は図３に示した噴孔プレート１１の各非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂから噴射されて形成された、二つの中空円環状の全体噴霧６０のうち、一方の全体噴霧６０を示す図である。
【００４８】
全体噴霧６０は、各スイッチング噴霧３２Ａ及び非スイッチング噴霧３０Ａの組み合わせで形成された各集合噴霧５０−１〜５０−５が互いに連鎖して形成される。
各集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５を形成するに当り、各スイッチング噴霧３２Ａ及び非スイッチング噴霧３０Ａのそれぞれの噴射量、断面積、噴射方向及び微粒化レベルの各々をそれぞれ調整することで、各スイッチング噴霧３２Ａがアクシス−スイッチング現象を生じて非スイッチング噴霧３０Ａとのコアンダ効果により集合するタイミングをずらすことが可能となる。
また、スイッチング噴霧３２Ａは、その長短軸方向が変化して変形することによって周囲空気との運動量交換が大きく進み、貫徹力が小さくなり、非スイッチング噴霧３０Ａと干渉することで、非スイッチング噴霧３０Ａも各粒子や各粒子に引きずられている空気流の動きに抑制がかかり、貫徹力が抑制される。
これにより、各集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５の貫徹力に分布が生じる。その結果、各集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５は、下流に進むに従って漸次あるいは段階的に偏向される。
【００４９】
要は、これらの集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５の流れ方向、形状変化は、それぞれの運動量の分布によって決定される。
つまり、集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５の流れに直角方向の断面において運動量分布に差があれば、断面内において貫徹力に差が生じ、その結果貫徹力の低下が小さい部位は、集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５を牽引してその方向を変化させ、貫徹力の低下が大きい部位は、貫徹力の低下が小さい部位に引きずられる形で追随する。
【００５０】
図９は図８の矢印ヘから全体噴霧６０を視たときの図、即ち燃料噴射弁１のＺ軸に対して垂直方向に視たときの図である。
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、全体噴霧６０に至るまでの集合噴霧５０−１〜５０−５の時系列を示している。
スイッチング噴孔１２Ｂから所定の位置で、最初に左端のスイッチング噴霧３２Ａにアクシス−スイッチング現象が生じて、その後一番近接している非スイッチング噴霧３０Ａとの間にコアンダ効果が作用し、両噴霧３２Ａ，３０Ａは、さらに接近し干渉して集合噴霧５０−２が形成される。なお、アクシス−スイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａとは紙面厚さ方向に並んでいるので、一方の噴霧３２Ａ，３０Ａしか見えない（図９（ａ）参照）。
次に、時間的タイミング遅れを伴った後に、別のスイッチング噴霧３２Ａにアクシス−スイッチング現象が生じて、一番近接している非スイッチング噴霧３０Ａとの間にコアンダ効果が作用して両噴霧３２Ａ，３０Ａは更に接近し干渉して集合して集合噴霧５０−３が形成される。
この間に、運動量のかなりの割合が空気に移動して貫徹力が大きく低下した集合噴霧５０−２は、運動量を保持して貫徹力があまり低下していない集合噴霧５０−３に引きずられて進み、やがて集合噴霧５０−２と集合噴霧５０−３とは連結される。なお、紙面厚さ方向において集合噴霧５０−３と重なって見えていない集合噴霧５０−１についても集合噴霧５０−３と同様にして形成される（図９（ｂ）参照）。
引き続き、集合噴霧５０−４，５０−５についても、集合噴霧５０−１〜５０−３と同様の
各スイッチング噴霧３２Ａ及び非スイッチング噴霧３０Ａの挙動により形成される（図９（ｃ）、図９（ｄ）参照）。
【００５１】
即ち、各非スイッチング噴孔１２Ａ、スイッチング噴孔１２Ｂから噴射された、非スイッチング噴霧３０Ａ、スイッチング噴霧３２Ａにより、各集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５は、時間的ずれ、各非スイッチング噴孔１２Ａ及びスイッチング噴孔１２Ｂからの距離、及び方向を変えて形成されている。
なお、図示していない他方の全体噴霧についても、非スイッチング噴霧３０Ａ及びスイッチング噴霧３２Ａの挙動により、図８の全体噴霧６０と同様の全体噴霧が形成される。
【００５２】
従って、スイッチング噴霧３２Ａ及び非スイッチング噴霧３０Ａの個別仕様の設定と、これらの噴霧３２Ａ，３０Ａの組み合わせや配置によって、種々の略中空状の全体噴霧６０の仕様を実現することが可能となる。
言い換えれば、噴流工学における特徴的な現象を巧妙に利用することにより、従来の円形噴孔をベースとした噴孔径、噴孔テーパ度合い、噴孔長さ／噴孔径の比などの組み合わせでは実現できない噴霧を可能としたものである。
【００５３】
なお、ポート噴射の場合、ブレーク長さａから下流の噴霧粒子の数密度は、ガソリン筒内噴射用噴霧やディーゼル用噴霧に比べると極めて低く(ガソリン筒内噴射用噴霧の約１／１０、ディーゼル用噴霧の約１／１００以下のレベル)、基本的には同様の方向に同様の速度で移動しているために、粒子同士の衝突合体はほとんどないと考えてよい。
また、ポート噴射の場合の燃圧０.３ＭＰａレベルでは、粒子単独からの分裂も生じていないと考えてよい。
【００５４】
以上のようにこの発明の実施の形態１の燃料噴射弁１によれば、各スイッチング噴霧３２Ａは、アクシス−スイッチング現象が生じる、時間的タイミング、スイッチング噴孔１２Ｂからの距離が異なり、各スイッチング噴霧３２Ａのアクシス−スイッチング現象が生じた後に、各スイッチング噴霧３２Ａは、スイッチング噴霧３２Ａと隣接した非スイッチング噴霧３０Ａとコアンダ効果により集合して各集合噴霧５０−１〜５０−５が形成され、これらの各集合噴霧５０−１〜５０−５が連鎖して全体噴霧６０が形成されるようになっている。
従って、通常の多噴孔噴霧で形成される全体噴霧では得られない、噴霧形状、貫徹力、噴射量分布、噴霧方向を実現することが可能となり、噴霧仕様の設計自由度を大幅に向上させることができる。
これにより、全体噴霧６０が下流で吸気弁や吸気ポート壁面に衝突するのを従来のものと比較して大幅に抑制することができる。
また、各集合噴霧５０−１〜５０−５における運動量に分布を設けることで、各集合噴霧５０−１，５０−２，５０−３，５０−４，５０−５は、下流に進むに従って簡単に漸次あるいは段階的に偏向される。
【００５５】
さらに、吸気弁が閉じた状態での吸気ポート内の空気流動にマッチさせて均質混合気形成を促進させるに適した全体噴霧６０の形状、貫徹力、噴射量分布、方向を容易に設定することができる。
また、例えば吸気行程噴射では吸気弁から筒内へ流入する吸気流動に、更に追随し易くなり、全体噴霧６０が吸気弁やその近傍の吸気ポート壁面に干渉せずに筒内へ流入することが可能になって、筒内での吸気冷却効果による充填効率向上を実現できる。
なお、ここでも全体噴霧６０の形状等だけでは吸気弁やその近傍の吸気ポート壁面への干渉を回避できない場合は、全体噴霧６０の方向が途中で変化するように設定して、吸気流動に追随させることが可能となる。
従って、非スイッチング噴霧３０Ａの広角化を伴わずに貫徹力をコントロールすることにより噴射系システム全体の自由度が高くなり、またエンジン性能が向上する。
【００５６】
なお、実施の形態１では、２方向に向かう噴孔群に分れている、所謂２スプレーの噴霧形態について説明したが、この実施の形態の燃料噴射弁１は、四輪自動車用エンジンで多く用いられている二つの吸気弁に対応することができる。
また、所謂１スプレーの噴霧形態の場合であって二つの吸気弁に対応する場合に、各燃料噴射弁は各吸気ポートに傾斜して取付けられ、燃料噴射弁の各噴孔と吸気弁との距離が同一で無い場合には、それぞれの吸気ポートに最適な噴霧形態を有する燃料噴射弁を取付ければよい。また、三つの吸気弁についても同様である。
【００５７】
また、実施の形態１では、スイッチング噴霧３２Ａと非スイッチング噴霧３０Ａが一つずつペアになった組み合わせが五つの集合噴霧５０−１〜５０−５の場合で説明したが、同様の効果を発揮できる限り、両噴霧３２Ａ，３０Ａの組み合わせとその中の噴霧数や、全体噴霧を形成する集合噴霧の総数は、実施の形態１のものに限定されない。
例えば、例えば非スイッチング噴霧３０Ａが一つとその両側にスイッチング噴霧３２Ａが一つずつ配置された組み合わせが三つで形成されて集合噴霧５０が形成されていてもよい。
そして、これらの組み合わせの一つ一つで実現できる集合噴霧５０の特性を所望のとおりに設定することにより、各集合噴霧５０の運動量分布つまり貫徹力分布を形成することができるので、全体噴霧６０を３次元的に偏向させることも可能である。
【００５８】
さらに、実施の形態１では全体噴霧６０が中空状のものについて説明したが、この形状に限定されるものではなく、中実状のものや、Ｃ字状、コの字状など自由に形成することができる。
一般的には、中空状噴霧は傘形状の内外で圧力差が生じるので、雰囲気圧力によっては噴霧が萎むなどの形状変化が発生するが、この実施の形態では、スイッチング噴霧３２Ａあるいは非スイッチング噴霧３０Ａのいずれかにかかわらず、隣り合う噴霧はアクシス−スイッチング現象が生じる前まではコアンダ効果が作用しないような配置になっているので、傘形状を形成しても各噴霧の隙間のために内外は連通しており、傘形状の内外圧力差は生じない。
従って、Ｃ字状やコの字状の全体噴霧６０と同じような挙動を実現することが可能である。
【００５９】
また、スイッチング噴霧３２Ａは、短軸に対して長軸が線対称である長円形状であるので、アクシス−スイッチング現象が生じた後、このスイッチング噴霧３２Ａと、このスイッチング噴霧３２Ａに隣接した非スイッチング噴霧３０Ａとの間の距離が急接近し、コアンダ効果を迅速に生じさせることができる。
しかも、スイッチング噴霧３２Ａは、非スイッチング噴霧３０Ａと対向しているので、コアンダ効果をより迅速に生じさせることができる。
なお、スイッチング噴霧３２Ａは、他にも例えば扁平状であってもよい。
【００６０】
実施の形態２．
以下、上記燃料噴射弁１を吸気ポート２０に取付けた例について説明する。
図１０は上記構成の燃料噴射弁１が吸気ポート２０のスロットルボディ２１に取り付けられた例を示す構成図である。なお、燃料噴射弁１からは一対の全体噴霧６０が形成されるも、図１０ではそのうちの一方の全体噴霧については省略されている。
この例では、燃料噴射弁１がスロットル弁２２の下流に設けられている。燃料噴射弁１の先端部は、吸気流の上流に向かって燃料噴射するように指向している。
この燃料噴射弁１から燃料が噴射されて生じた、各非スイッチング噴霧３０Ａ及び各スイッチング噴霧３２Ａは、集合噴霧５０−１、５０−２、５０−３、５０−４、５０−５を経て全体噴霧６０が形成され、この全体噴霧６０の貫徹力は、スロットル弁２２及びスロットルボディ２１の壁面の直前で急に抑制される。
従って、一旦上流方向にスロットル弁２２に向けて燃料を噴射させることで、吸気弁２３と全体噴霧６０との間での燃料と空気とで混合気が生じる空間を大きくとることができる。
【００６１】
この結果、極端に吸気ポート２０が短い場合等で吸気流の下流方向に燃料を噴射すると気筒間の噴射量分配がアンバランスになったり、吸気ポート２０の内壁面への噴霧付着割合が増加することで、結果的に混合気形成状態が悪くなり、エンジンの性能が向上しないといった不都合を解消することができる。
特に、燃料噴射弁１は吸気ポート中心軸に対して角度をもって取り付けざるを得ないので、噴孔１２からスロットル弁２２までの距離が不均等である。
従って、軸に対称で噴孔から燃料が噴出される燃料噴射弁の場合は、混合気形成に適した噴射方向の設定とスロットル弁への噴霧燃料付着防止とを両立させることが難しかった。
これに対して、この実施の形態１の燃料噴射弁１を用いることで上記両立を図ることができる。
【００６２】
図１１は上記燃料噴射弁１が吸気ポート２０の吸気管集合部２５に取り付けられた例を示す構成図、図１２は図１１の平面図である。
この例では、吸気管集合部２５に燃料噴射弁１が取り付けられている。吸気管集合部２５は、下流が分岐部２６と接続されている。各分岐部２６は、それぞれ気筒(図示せず)に接続されている。各分岐部２６にはそれぞれ吸気弁２３が取り付けられている。燃料噴射弁１の先端部は、各吸気弁２３に向かって燃料噴射するように指向している。
【００６３】
この燃料噴射弁１から燃料が噴射されて生じた、各非スイッチング噴霧３０Ａ及び各スイッチング噴霧３２Ａは、最後は全体噴霧６０となり、先に説明したように、全体噴霧６０の貫徹力を吸気弁２３及び分岐部２６の内壁面の直前で急に抑制される。
また、非スイッチング噴霧３０Ａとスイッチング噴霧３２Ａとの間でのコアンダ効果により噴霧が集合するので、図１２の点線で示すように吸気ポート２０の内壁面に直接噴霧が付着するのを抑制することができる。
また、図１１及び図１２から分かるように、全体噴霧６０は、その形状が分岐部２６の内壁面及び吸気弁２３と直接干渉しないようになっている。
【００６４】
このように、この例では、吸気管集合部２５に燃料噴射弁１を一本だけ配置して、各気筒の吸気弁２３の付近までの吸気ポート２０への噴霧付着を抑制しつつ、吸気弁２３付近で全体噴霧６０の貫徹力を抑制しつつ、かつ広角な噴霧を行うことが可能である。
【００６５】
このような多気筒エンジンで燃料噴射弁１を１本だけ使用するようなシステム(所謂シングルポイントインジェクション)はエンジンのコストパーフォーマンスを向上することになり、非常に有用である。
即ち、汎用エンジン、小型エンジンにおいては、現在のキャブレタから燃料噴射システムへの転換が進んでいるが、大幅なコストアップは難しいため、図１０〜図１２に示した、シングルポイントインジェクションを用いることは非常に有用である。
【００６６】
このように、通常流体通路の断面が所謂三次元的に異形形状である、吸気弁２３近傍の吸気ポート２０において、燃料噴霧が吸気ポート２０に直接付着するのを抑制することができる。
【００６７】
なお、図１１，１２のものは、一気筒に対して一吸気弁２３であって、一つの燃料噴射弁１で二つの気筒を賄う例であるが、一気筒に対して二つの吸気弁２３であって、一つの燃料噴射弁１で一つの気筒を賄う例であっても、この発明は適応できる。
【００６８】
吸気弁２３が２つあるガソリンエンジンの場合、夫々の吸気弁２３に対応する二つの全体噴霧６０を構成するこの実施の形態の燃料噴射弁１を用いることで、２スプレーの各噴霧形態の自由度が大幅に向上する。
そして、噴霧の吸気ポート２０の内壁面への付着抑制、噴霧と空気流動とのマッチングによる均質混合気形成、噴霧の吸気流動への追随による筒内直入など、目的に応じて全体噴霧６０の仕様を決めればよい。
【００６９】
なお、噴霧パターンについては、２スプレーのみならず、１スプレーや、３スプレー等のマルチスプレーにおいて、全体噴霧６０の形状がそれぞれ異なる仕様の燃料噴射弁を提供することができる。
【００７０】
なお、各実施の形態の燃料噴射弁１は、電磁式の燃料噴射弁について説明したが、駆動源は他の方式でもよく、ピエゾ式、機械式等の他の方式でもよく、また間欠噴射弁ではなく連続噴射弁にも適用できることは明らかである。
また、燃料噴射弁１以外にも塗装・コーティング、農薬散布、洗浄、加湿、スプリンクラー、殺菌用スプレー、冷却などの一般産業用、農業用、設備用、家庭用、個人用としての各種スプレーなど用途・要求機能は多岐にわたる。
従って、駆動源やノズル形態、噴霧流体にかかわらず、これらの噴霧生成装置にもこの発明の流体噴射弁を組み入れて、今までになかった噴霧形態を実現することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  燃料噴射弁(流体噴射弁)、１ａ  液膜流、２  ソレノイド装置、３  ハウジング、４  コア、５  コイル、６  アマチュア、７  弁装置、８  弁体、８ａ  ロッド、９  弁本体、１０  弁座、１０ａ  弁座面、１１  噴孔プレート(噴孔体)、１２Ａ  非スイッチング噴孔、１２Ｂ  スイッチング噴孔、１３  ボール、１３ａ  面取部、１３ｂ  平面部、１３ｃ  曲面部、１４  圧縮バネ、１８  カバープレート、１８ｄ  終端面、１８ｂ  薄肉部、２０  吸気ポート、２１  スロットルボディ、２２  スロットル弁、２３  吸気弁、２４  吸気ポート、２５  吸気管集合部、２６  分岐部、３０，３１，３２  噴流、３０Ａ，３１Ａ  非スイッチング噴霧、３２Ａ  スイッチング噴霧、４０，５０  集合噴霧、６０  全体噴霧、Ｒ１  シート部、Ｖ  空気流、β  燃料流、Ａ  隙間通路、Ｂ  径方向通路、Ｃ  環状通路Ｃ、イ  正面流れ、ロ  戻り流れ。
【要約】
【課題】流体噴霧の微粒化と、噴霧形状、貫徹力、噴射量分布、噴霧方向の設計自由度向上とを両立させた燃料噴射弁を得る。
【解決手段】この発明の流体噴射弁１では、各スイッチング噴霧３２Ａは、アクシス−スイッチング現象が生じる、時間的タイミング、スイッチング噴孔１２Ｂからの距離が異なる。各非スイッチング噴孔１２Ａからの各非スイッチング噴霧３０Ａは、各スイッチング噴霧３２Ａがアクシス−スイッチング現象が生じた後に、これらのスイッチング噴霧３２Ａと、これらのスイッチング噴霧３２Ａと隣接した非スイッチング噴霧３０Ａとがコアンダ効果により集合して各集合噴霧５０−１〜５０−５が形成される。これらの各集合噴霧５０−１〜５０−５は、連鎖して全体噴霧６０が形成される。
【選択図】図９【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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